一種780MPa級(jí)熱軋高強(qiáng)度高擴(kuò)孔鋼及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于熱社高強(qiáng)鋼技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種780MPa級(jí)熱社高強(qiáng)度高擴(kuò)孔鋼 及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著國(guó)家環(huán)保法律法規(guī)的日益嚴(yán)格和國(guó)家對(duì)汽車排放限制措施的實(shí)施，在汽車尤 其是乘用車領(lǐng)域，高強(qiáng)減薄或汽車結(jié)構(gòu)輕量化已成為國(guó)際上汽車制造廠商的重要研究方 向。從節(jié)能減排的角度看，提高汽車燃油效率主要有兩個(gè)途徑：一是開發(fā)燃油效率更高的發(fā) 動(dòng)機(jī)；二是采用高強(qiáng)鋼或輕鋼來降低車身重量從而降低排放量。
[0003] 乘用車的底盤和懸架等部件由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜通常需要采用擴(kuò)孔率較高的鋼板才能 保證沖壓成形過程不開裂。鋼板的擴(kuò)孔性與強(qiáng)度之間是相互矛盾的關(guān)系，高強(qiáng)度通常意味 著較低的擴(kuò)孔性能。因此，為了冷成形制造出汽車底盤和懸架等部件，汽車廠商通常采用 440MPa和590MPa等較低強(qiáng)度級(jí)別的高擴(kuò)孔鋼，運(yùn)就限制了運(yùn)些部件的高強(qiáng)減薄的潛力。
[0004] 目前高擴(kuò)孔鋼的強(qiáng)度級(jí)別主要集中在440和590MPa強(qiáng)度級(jí)別上，其顯微組織主要 是鐵素體和貝氏體，有時(shí)含少量的馬氏體組織。鋼板的擴(kuò)孔性能與多種因素有關(guān)，運(yùn)些因素 主要包括夾雜物水平、組織中各相的性能差異、組織均勻性、屈強(qiáng)比W及組織類型等。從組 織類型角度看，鐵素體型和貝氏體型的組織具有比較高的擴(kuò)孔性能，但其強(qiáng)度相對(duì)較低，難 W達(dá)到780MPa及W上級(jí)別，運(yùn)也是目前高擴(kuò)孔鋼主要集中在440和590MPa兩個(gè)強(qiáng)度級(jí)別 上的主要原因。鐵素體和馬氏體組織雖然具有較低的屈強(qiáng)比和較高的強(qiáng)度，但由于鐵素體 和馬氏體兩相性能差異大，其擴(kuò)孔性在同樣強(qiáng)度級(jí)別不同組織類型的高強(qiáng)鋼中表現(xiàn)最差。 陽0化]為了解決鋼板的擴(kuò)孔性與強(qiáng)度間的矛盾，迫切需要開發(fā)一種更高強(qiáng)度如780MPa 甚至980MPa級(jí)、同時(shí)又具有與低強(qiáng)度鋼板相當(dāng)?shù)臄U(kuò)孔性和翻邊性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于提供一種780MPa級(jí)熱社高強(qiáng)度高擴(kuò)孔鋼及其制造方法，可用 于制造屈服強(qiáng)度> 750MPa，抗拉強(qiáng)度> 780MPa，延伸率> 20%，且厚度為3~6mm時(shí)擴(kuò)孔率 >70%的高強(qiáng)度高擴(kuò)孔鋼板，該鋼板表現(xiàn)出優(yōu)異的強(qiáng)度、擴(kuò)孔性、塑性和初性匹配，滿足汽 車底盤和懸架等部件對(duì)于高強(qiáng)減薄W及復(fù)雜成形的要求。
[0007] 本發(fā)明通過設(shè)計(jì)準(zhǔn)確合理的成分和與之相匹配的工藝設(shè)計(jì)生產(chǎn)出一種抗拉強(qiáng)度 達(dá)780MPa級(jí)的高強(qiáng)度高擴(kuò)孔鋼。具體思路是：加入較高含量的TiW保證在熱社卷取階段 在鐵素體中析出大量彌散細(xì)小的納米碳化物，起到強(qiáng)烈的彌散析出強(qiáng)化效果；添加適量的 MoW保證在卷取緩慢冷卻的過程中納米粒子的高溫?zé)岱€(wěn)定性，避免納米碳化物發(fā)生粗化而 使其彌散析出強(qiáng)化效果減弱。同時(shí)，熱社過程中在終社結(jié)束后應(yīng)W較高的冷速使帶鋼快速 冷卻至合適的卷取溫度，使帶鋼獲得由細(xì)小的等軸鐵素體和納米碳化物組成的全鐵素體基 微觀組織，從而既保證了高強(qiáng)度又獲得高擴(kuò)孔率70% )。本發(fā)明通過控制鐵素體和納 米碳化物的尺寸級(jí)別，可獲得抗拉強(qiáng)度達(dá)780MPa級(jí)的高強(qiáng)度高擴(kuò)孔鋼，應(yīng)用在汽車懸架和 擺臂等需要高強(qiáng)減薄和復(fù)雜成形的部位。
[0008] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：
[0009] 一種780MPa級(jí)熱社高強(qiáng)度高擴(kuò)孔鋼，其化學(xué)成分的質(zhì)量百分比為：0.03% 《C《0. 07 %，Si《0. 2 %，1. 0 %《Mn《2. 0 %，P《0. 02 %，S《0. 005 %，0. 02 % 《Al《0. 05%，N《0. 005%，0. 08《Ti《0. 20%，0. 15%《Mo《0. 25%，0《0. 003%， 其余為化及不可避免的雜質(zhì)元素，且上述元素需同時(shí)滿足如下關(guān)系：1. 5《Ti/Mo《0. 25， 0. 03 %《燈i-3. 42腳 /4+M0/8《0. 07 %。
[0010] 優(yōu)選的，所述鋼板的化學(xué)成分中Si《0. 15%，1.2%《Mn《 1.8%，W質(zhì)量百分比 計(jì)。
[0011] 進(jìn)一步，所述的780MPa級(jí)熱社高強(qiáng)度高擴(kuò)孔鋼的微觀組織結(jié)構(gòu)是由細(xì)小等軸或 類針狀鐵素體和納米碳化物組成的全鐵素體基微觀組織。 陽01引所述的微觀組織中鐵素體晶粒的尺寸《5ym，納米碳化物的尺寸《lOnm。
[0013] 所述780MPa級(jí)熱社高強(qiáng)度高擴(kuò)孔鋼的屈服強(qiáng)度> 750MPa，抗拉強(qiáng)度> 780MPa，延 伸率> 20%，且厚度為3~6mm的鋼板的擴(kuò)孔率> 70%。
[0014] 在本發(fā)明的成分設(shè)計(jì)中：
[0015] C:C是鋼中的基本元素，也是本發(fā)明的重要元素之一。C作為鋼中的間隙原子，對(duì) 提高鋼的強(qiáng)度起著非常重要的作用，對(duì)鋼的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度影響最大。本發(fā)明為了獲 得抗拉強(qiáng)度達(dá)780MPa級(jí)的高強(qiáng)鋼，必須保證C含量在0. 03 %W上；同時(shí)C含量也不能太 高，否則在高溫卷取過程中會(huì)形成少量的珠光體類型的組織，不能形成全鐵素體微觀組織， 對(duì)擴(kuò)孔性能造成不利影響。
[0016] 本發(fā)明中C的加入量與Ti和Mo的加入量密切相關(guān)，因?yàn)楸景l(fā)明成分設(shè)計(jì)的一個(gè) 重要原則是保證加入的C應(yīng)全部與Ti和Mo原子相結(jié)合并形成大量彌散細(xì)小的且具有高熱 穩(wěn)定性的納米級(jí)（Ti,Mo)C粒子。運(yùn)些納米粒子在高溫卷取后的緩慢冷卻過程中可有效抑 制鐵素體晶粒長(zhǎng)大，同時(shí)起到析出強(qiáng)化效果。
[0017] 同時(shí)，盡管理論上，只要C、Ti和Mo的添加量按照（Ti,Mo)C碳化物原子百分比添 加或者高于原子百分比添加更多的Ti或Mo就可W將C原子全部固定，從而避免形成少量 的珠光體類型的組織。但在實(shí)際生產(chǎn)過程中，由于Ti和Mo元素的固碳能力并不能完全發(fā) 揮，鋼板組織中仍不可避免地出現(xiàn)極少量珠光體類型組織，對(duì)高強(qiáng)鋼的擴(kuò)孔性能造成不利 影響。因此，C含量必須控制在0.07%W下。
[0018] Si:Si是鋼中的基本元素，但在本發(fā)明中Si在煉鋼過程起到部分脫氧的作用。Si 在鋼中可擴(kuò)大鐵素體形成范圍，有利于擴(kuò)大社制工藝窗口；同時(shí)Si還有較強(qiáng)的固溶強(qiáng)化效 果。但Si容易在社制后的鋼板表面形成不均勻分布的"紅鐵皮"，運(yùn)些"紅鐵皮"在隨后的 酸洗過程中難W徹底去除。雖然鋼板在制造汽車懸架和擺臂過程中沒有明顯不良影響，但 在構(gòu)件的涂漆過程中，由于鋼板表面"紅鐵皮"去除不徹底，涂漆之后構(gòu)件表面容易產(chǎn)生色 差。當(dāng)Si含量在0. 2%W下時(shí)不易產(chǎn)生"紅鐵皮"，因此，本發(fā)明控制Si含量《0. 2%，優(yōu)選 的，Si《0. 15%。
[0019] Mn:Mn是鋼中最基本的元素，同時(shí)也是本發(fā)明最重要的元素之一。Mn是擴(kuò)大奧氏 體相區(qū)的重要元素，可W降低鋼的臨界澤火速度，穩(wěn)定奧氏體，細(xì)化晶粒，推遲奧氏體向珠 光體的轉(zhuǎn)變。本發(fā)明為保證鋼板的強(qiáng)度，Mn含量應(yīng)控制在1.0%W上，Mn含量過低，過冷奧 氏體不夠穩(wěn)定，容易轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w類型的組織；同時(shí)，當(dāng)Mn的含量超過2. 0%，煉鋼時(shí)容易 發(fā)生Mn偏析，板巧連鑄時(shí)易發(fā)生熱裂。因此，本發(fā)明控制Mn含量為1.O~2. 0%，優(yōu)選范圍 為 1. 2 ~1. 8%。
[0020] P :P是鋼中的雜質(zhì)元素。P極易偏聚到晶界上，鋼中P的含量較高（>〇.1%)時(shí)， 形成化2P在晶粒周圍析出，降低鋼的塑性和初性，故P含量越低越好，控制P《0. 02 %較好 且不提高煉鋼成本。
[0021]S:S是鋼中的雜質(zhì)元素。S通常與Mn結(jié)合形成MnS夾雜，尤其是當(dāng)S和Mn的含量 均較高時(shí)，鋼中將形成較多的MnS,而MnS本身具有一定的塑性，在后續(xù)社制過程中MnS沿社 向發(fā)生變形，降低鋼板的橫向拉伸性能。因此，鋼中S的含量越低越好，實(shí)際生產(chǎn)時(shí)通?？?制在0.005%W內(nèi)。
[0022] Al:A1在本發(fā)明中的基本作用主要是在煉鋼過程中脫氧。鋼中Al的含量一般不 低于0.02% ;同時(shí)，若Al的含量若超過0.06%，其細(xì)化晶粒的作用反而減弱。根據(jù)實(shí)際生 產(chǎn)過程中侶含量的控制水平，本發(fā)明將侶的含量控制在0. 02~0. 06%。
[0023]N:N在本發(fā)明中屬于雜質(zhì)元素，其含量越低越好。N是鋼中不可避免的元素，運(yùn)些 固溶或游離的N元素必須通過形成某種氮化物加W固定，否則游離的氮原子對(duì)鋼的沖擊初 性非常不利，而且在帶鋼社制的過程中很容易形成全長(zhǎng)性的"銀齒裂"缺陷。本發(fā)明通過添 加強(qiáng)碳化物或氮化物形成元素Ti,形成穩(wěn)定的TiN從而固定N原子。但本發(fā)明成分設(shè)計(jì)思 路主要是獲得細(xì)小彌散的納米碳化物而不是氮化物，而且Ti與N的結(jié)合力大于Ti與C之 間的結(jié)合力，為了盡量減少TiN的形成量，鋼中N含量應(yīng)控制得越低越好，且需滿足0. 03%